Альфа 21464

Alpha 21464 — это незавершенный микропроцессор , реализующий Alpha архитектуру набора команд (ISA), разработанную Digital Equipment Corporation , а затем Compaq после приобретения Digital. Микропроцессор был также известен как EV8 (кодовое название Araña ). Выпуск, запланированный на 2004 год, был отменен 25 июня 2001 года, когда Compaq объявила, что к 2004 году Alpha будет заменена Itanium. Когда он был отменен, Alpha 21464 находился на поздней стадии разработки, но еще не был снят с производства. .

Истоки 21464 начались в середине 1990-х годов, когда ученый-компьютерщик Джоэл Эмер был вдохновлен исследованиями Дина Таллсена в области одновременной многопоточности (SMT) в Вашингтонском университете . Эмер исследовал эту технологию в конце 1990-х годов и начал продвигать ее, когда убедился в ее ценности. Compaq объявила, что следующий микропроцессор Alpha будет использовать SMT, в октябре 1999 года на Microprocessor Forum 1999. В то время ожидалось, что системы, использующие Alpha 21464, поступят в продажу в 2003 году.

Описание

Микропроцессор представлял собой восьмипроцессорную суперскалярную конструкцию с внеочередным исполнением , четырехсторонним SMT и глубоким конвейером . Он извлекает 16 инструкций из двустороннего кэша ассоциативных инструкций объемом 64 КБ. Затем предсказатель ветвления выбрал «хорошие» инструкции и ввел их в сворачивающийся буфер. (Это позволяло обеспечить пропускную способность выборки до 16 инструкций за цикл, в зависимости от выбранной плотности ветвей.) Интерфейсная часть имела значительно больше этапов, чем предыдущая реализация Alpha, и в результате 21464 имел значительный минимальный за неправильное предсказание ветвления штраф , равный 14 циклов. Микропроцессор использовал усовершенствованный алгоритм прогнозирования ветвлений , чтобы минимизировать эти дорогостоящие штрафы.

Реализация SMT потребовала репликации определенных ресурсов, таких как счетчик программ . Вместо одного счетчика программ было четыре счетчика программ, по одному на каждый поток. Однако для поддержки SMT потребовалось расширить очень небольшую логику после внешнего интерфейса. Регистровый файл содержал 512 записей, но его размер определялся максимальным количеством выполняемых инструкций, а не SMT. Для доступа к файлу регистров потребовалось три этапа конвейера из-за физического размера схемы. До восьми инструкций из четырех потоков можно было отправлять в восемь целочисленных и четыре исполнительных блока с плавающей запятой за каждый цикл. 21464 имел кэш данных объемом 64 КБ (Dcache), организованный в виде восьми банков для поддержки двухпортовой передачи. вторичным кэшем объемом 3 МБ Это было поддержано встроенным шестиканальным ассоциативным (Scache).

Целочисленный исполнительный блок использовал новую структуру: кэш регистров. Кэш регистров предназначался не для уменьшения задержки файла регистра в три тика (как утверждается в некоторых отчетах), а для уменьшения сложности управления обходом операндов. Кэш регистров хранил все результаты, полученные каналами ALU и Load за предыдущие N циклов. (N было примерно 8.) Структура кэша регистров представляла собой архитектурную перемаркировку того, что предыдущие процессоры реализовывали как распределенный мультиплексор.

Интерфейс системы был аналогичен интерфейсу Alpha 21364 . Существовали интегрированные контроллеры памяти , обеспечивающие десять RDRAM каналов . Многопроцессорность облегчалась маршрутизатором , который обеспечивал связи с другими 21464 и архитектурно поддерживал 512-поточную многопроцессорную обработку без связующей логики .

(КМОП) толщиной 0,125 мкм (иногда называемой 0,13 мкм) Он должен был быть реализован с использованием технологии комплементарного металл-оксид-полупроводник с семью слоями медного межсоединения , частично обедненным кремнием на изоляторе (PD-SOI) и низкоуглеродистым материалом . К диэлектрик . Количество транзисторов оценивалось в 250 миллионов, а размер кристалла - в 420 мм. ² .

Tarantula

Tarantula было кодовым названием рассматриваемого расширения архитектуры Alpha и производной от Alpha 21464, в которой реализовано вышеупомянутое расширение. Он был отменен, когда он еще находился в разработке, до того, как начались какие-либо работы по реализации, и до того, как 21464 был завершен. Расширение должно было предоставить Alpha возможность векторной обработки. Он определял тридцать два векторных регистра размером 64 на 128 бит (8192 бит или 1 КБ), примерно 50 векторных инструкций и неопределенное количество инструкций для перемещения данных в векторные регистры и из них. Другие кандидаты на замену EV8 включали многоядерную конструкцию с двумя ядрами EV8 и рабочей частотой 4,0 ГГц.

Ссылки

• Дифендорф, Кейт (6 декабря 1999 г.). «Compaq выбирает SMT для альфа-версии: одновременная многопоточность использует параллелизм на уровне инструкций и потоков». Отчет микропроцессора . 13 (16). ISSN   0899-9341 .
• Эмер, Джоэл (1999). Одновременная многопоточность: увеличение альфа-производительности . Материалы Микропроцессорного форума 1999. CiteSeerX   10.1.1.467.2597 .
• Эспаса, Р.; Арданаз, Ф.; Эмер, Дж.; Феликс, С.; Гаго, Дж.; Грамунт, Р.; Эрнандес, И.; Хуан, Т.; Лоуни, Г.; Маттина, М.; Сезнец, А. (2002). «Тарантул: векторное расширение альфа-архитектуры». Материалы 29-го Международного симпозиума IEEE-ACM по компьютерной архитектуре . IEEE. стр. 281–292. дои : 10.1109/ISCA.2002.1003586 . ISBN  978-0-7695-1605-9 . S2CID   11487071 .
• Престон, Р.П.; Бадо, RW; Бейли, Д.В.; Белл, СЛ; Биро, LL; Боухилл, штат Вашингтон; Девер, Делавэр; Феликс, С.; Гаммак, Р.; Жермини, В.; Гован, МК; Гроновский, П.; Джексон, Д.Б.; Мехта, С.; Мортон, СВ; Пикгольц, доктор медицинских наук; Рейли, Миннесота; Смит, MJ (2002). «Проектирование 8-битного суперскалярного RISC-микропроцессора с одновременной многопоточностью». 2002 Международная конференция IEEE по твердотельным схемам . стр. 266–500. дои : 10.1109/ISSCC.2002.993068 . ISBN  978-0-7803-7335-8 . S2CID   44580305 .
• Сезнец, А.; Феликс, С.; Кришнан, В.; Сазеидес, Ю. (2002). «Компромиссы при проектировании предсказателя условного перехода Alpha EV8». Материалы 29-го Международного симпозиума IEEE-ACM по компьютерной архитектуре . IEEE. стр. 295–306. дои : 10.1109/ISCA.2002.1003587 . ISBN  978-0-7695-1605-9 . S2CID   65324 .

Дальнейшее чтение

• «Альфа 21464 нацелена на частоту 1,7 ГГц в 2003 году». Отчет микропроцессора . 13 (16). 6 декабря 1999 г. ISSN   0899-9341 .